5. Принцип параллельной организации выполнения операций обработки и ввода-вывода, в какой структуре эвм это возможно.
Структура ЭВМ с асинхронным параллельным выполнением операций обработки и ввода – вывода представлена на рис. 1.5.
Рис. 1.5
Управление работой ПУ в формировании текущих адресов и запросов к памяти осуществляется посредством специальных схем управления (канала ввода – вывода (КВВ)), взаимодействие которых с ЦП реализуется через систему прерываний и приостановок.
4. Асинхронный принцип управления эвм, влияние ввода-вывода информации на длительность решения задачи в таких эвм.
Однако при этом должен быть реализован комплекс мероприятий, составляющих асинхронный принцип управления, обеспечивающий независимость работы ПУ, ОЗУ и АЛУ, например, следующим образом: на рис. 1.4 приведен пример временной диаграммы параллельной работы ЦП и ПУ.
Рис. 1.4
Верх временной диаграммы характеризует работу ЦП: прямоугольники заштрихованы – время, занимаемое на решение задач совместно с ПУ. Видим, что они меньше закрашенных участков внизу. Внизу – временные диаграммы, характеризующие работу ПУ.
ПУ (например сканер) начинает работу по команде запуска от ЦП, после чего работает автономно, подготавливая квант информации. ЦП продолжает выполнять текущие программы. Подготовив квант информации, ПУ посылает сигнал запроса в ЦП, и ЦП приостанавливает выполнение текущей программы для получения подготовленного кванта. По окончании работы ПУ посылает в ЦП сигнал, подтверждающий завершение операции. Параллельная работа ПУ и ЦП осуществляется в тактах подготовки кванта информации в ПУ. Таким образом, только во время тактов передачи ЦП и ПУ работают совместно. В эти моменты необходимо синхронизировать их работу. Для реализации такой процедуры используются прерывания и приостановки основного режима работы ЦП. В данном случае длительность решения задач описывается другой формулой:
- коэффициент перекрывания или совпадения во времени операций обработки и ввода – вывода, характеризующий долю цикла.
При отсутствии перекрытия . При полном перекрытии, когда операции обработки и ввода – вывода выполняются совершенно независимо, . Из формулы следует, что для уменьшения следует увеличить . Для увеличения необходимо выполнение следующих условий:
4. Асинхронный принцип управления эвм, влияние ввода-вывода информации на длительность решения задачи в таких эвм.
управление ПУ при подготовке квантов информации должно осуществляться автономно, независимо от ЦП;
в ЭВМ должны быть предусмотрены средства связи для передачи квантов информации между ПУ и ОЗУ, минуя АЛУ, т.е. средства прямого доступа к памяти;
должны быть предусмотрены средства для параллельного выполнения процессов обработки в ЦП и подготовки квантов информации в ПУ;
в течение всего процесса ввода – вывода информации ЦП должен быть загружен операциями обработки, чтобы не возникали простои из-за нехватки исходных данных или команд.
3. Центрально-синхронный принцип управления эвм, влияние ввода-вывода информации на длительность решения задачи в таких эвм.
СУО располагается частично в ЭВМ и частично в ПУ. Простейшая реализация перечисленных функций осуществляется при центрально-синхронном принципе управления ЭВМ (рис. 1.3).
Рис. 1.3
В этом случае синхронизация всех устройств в ЭВМ осуществляется от единого центрального устройства управления (УУ), а все передачи данных от ПУ или к ним осуществляются через АЛУ (арифметико-логическое устройство). На время ввода-вывода все операции в ЦП прекращаются, и ЭВМ переходит к выполнению следующей команды обработки только после выполнения всех действий, связанных с передачей данных. Длительность решения задачи для такой ЭВМ определяется формулой:
В этой формуле:
- доля арифметико-логических операций
в программе;
- среднее время операции обработки;
- доля операций ввода-вывода;
- среднее время выполнения операции
ввода-вывода;
- общее число выполняемых команд.
Такой принцип требует наименьшей величины аппаратных затрат. Он применялся в первых ЭВМ при научных расчетах. В последствии при появлении задач обработки многих данных увеличилась доля операций ввода – вывода и этот принцип стал практически непригодным. Другой недостаток данного принципа – невозможность построить систему с переменным составом оборудования. Возможности повышения быстродействия решения задач с помощью ЭВМ заложены в совмещении операции ввода-вывода и операции обработки, т.е. организации параллельного выполнения операций обработки и ввода-вывода. Можно организовать работу ядра ЭВМ и ПУ таким образом, что непосредственное участие центральных устройств в обмене информацией с ПУ будет ограничиваться тактом передачи информации ПУ, который значительно короче такта подготовки информации. Кроме того, при операции обработки лишь часть времени в выполнении команды в АЛУ уходит на обращение к ОЗУ. А если выделить еще и специальные средства управления и прямого (внешнего) доступа к памяти ЭВМ (например от ПУ), то появляется возможность существенно повысить производительность ЭВМ.